三维建模动态地图技术及常用三维建
模软件介绍
一、三维建模动态地图技术
“可视化”一词来源于1986年美国自然科学基金会所召开的一个会议上，会议中对“可视化”一词的定义是：“可视化是一种计算方法,它将符号转化成几何图形,便于研究人员观察其模拟和计算……,可视化包括了图像理解与图像综合,这就是说,可视化是一个工具,用来解译输入到计算机中的图像数据和从复杂的多维数据中生成图像,它主要研究人和计算机怎样协调一致地感受、使用和传输视觉信息。”
随着可视化技术的不断发展，它越来越多的被应用于与地球科学相关的领域内，特别是在地图学方面的应用，成为越来越引人关注的问题。
地图可视化就是将地理数据转换成可视的图形,它可以是常规的2维地图或地理数据库的用户界面,也可以是关于环境的动态的或是3维的模型。对地图学来说,可视化技术已远远超出了传统的符号化及视觉变量表示法的水平,进入了在动态、时空变换、多维可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉工具功能的阶段,它的重点是要将那些通常难于设想和接近的环境与事物,以动态直观的方式表现出来，本文将重点介绍空间信息可视化在动态地图方面的应用。
传统上,纸一直是地图信息的主要载体。传统纸质地图集数据存储与数据显示于一身,限制了对许多事物和现象的直观表示。现代电子地图可视化建立在现代数字技术基础上,实现了数据存储与数据表示的分离，在计算机技术支持下，显示出其独特的优越性。与传统地图相比,对地理现象可视化表达在内容和形式上都有扩展。过去纸质地图只能展现地理现象的状态性信息,而电子地图还可以跟踪描述过程性信息,即动态特征。
那么与传统地图相比，现代动态地图有哪些特点呢？下面我们就来看看。
第一，动态地图具有直观性。电子地图可视化的最重要表现就是其具有直观、形象的特征。它是通过生动、直观、形象的图形、图像、影像、声音等,把各种信息展示给读者。
第二，动态地图具有交互探究性。在宏大的数据中,交互探究有利于视觉思维。在探究分析的过程中,数据可以灵活地被检索,地图与其他图形可以交互地被改变。利用虚拟现实技术可以进行视觉、听觉甚至触觉的交互探究。通过这种不断变化着的交互探究,发现潜在的模式和数据异常。可视化不应视为科学分析过程的终结,而是探究过程本身。
第三，动态地图具有动态性。纸质地图只是空间信息在运动过程中时间轴上的一个快照,是连续变化着的实在的瞬时记录。实际情况是,物体运动的,因而空间信息是动态变化的。时间维的引入,同时伴随计算机技术的发展,使空间信息的动态表示成为可能。
第四，动态地图具有集成性。多媒体技术与可视化的结合,彻底改变了传统地图信息只能借助于文本、图形和表格来表示和传输空间信息的方式。它集文本、图形、图像、声音、动画、视频等多媒体技术于一体,从而以多形式、多视角、
多层次综合表现空间环境信息,极大地丰富了地图可视化的内容,促进了计算机制图可视化的发展。
第五，动态地图具有多维性。这里指的是信息载体的多维性。人类对客观环境信息的获取主要来自于视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉五种感觉,因此,必须借助于多种媒体形式才能完整、合理地表达和传输空间信息。多媒体技术的发展,使我们不再局限于用表格、图形和文本,而拓展到图像、声音、动画、视频图像、三维仿真乃至虚拟现实,来表达纷繁复杂的客观世界。
上面对动态地图的主要特点进行介绍之后，我们就来讲一下动态地图到底是如何表达出来的。传统的地图符号设计原则是基于Bertin视觉参量体系建立起来的,依据符号的7个视觉参量——大小、色相、方位、形状、位置、纹理及密度来设计描述地理实体不同方面的性质特征。。但是,为了表达动态特征,这一体系是有局限的,或者说它只能描述实体运行过程中的一个快照或一个断面,这就需要对地图符号的参量进行扩展,引入动态特征描述,动态地图符号规定了4个新的描述参量:发生时长、变化速率、变化次序、节奏。动态地图可以表示空间地理实体的运动状态和特点,同时可采用各种方法及其方法组合。
第一，利用传统的地图符号和颜色等表示方法。采用传统的视觉变量组成动态符号,结合定位图表、分区统计图表法以及动线法来表示。
第二，采用定义动态视觉变量的动态符号来表示。动态视觉变量的动态参数变化长、速率、次序及节奏等,可设计相应一组动态符号,在一幅地图上反映运动中物体的质量、数量、空间和时间变化特征。
第三，采用连续快照方法制作多幅或一组地图。这是采用一系列状态连续的地图来表现空间信息时空变化。当适当地在空间差异中内插了足够多的快照,使状态差异由突变改为渐变时,则称为地图动画。
随着网络技术和计算机技术的成熟，动态地图越来越广泛的应用于人们的生活中。动态地图的主要特征是逼真而又形象地表现出空间信息时空变化的状态、特点和过程,也即是运动中的特点，所以,动态地图主要在下列几个方面得到应用。
第一，动态模拟。使重要事物变迁过程再现,如地壳演变、冰川的形成、人口增长与变化等。
第二，运动模拟。对于运动的地理实体(如人、车、船、机、星、弹等),进行运动状态以及环境的测定和调整。
第三，实时跟踪。在运动的物体上安装全球定位系统,能显示运动物体的运动轨迹,使空中管制、交通监控和疏导、战役和战术的合围等具有可靠的时空信息保证。
虽然动态地图在人们的生活中已经有广泛的应用，但是这一技术还不是完全的成熟，仍带有许多缺陷。常规的地图,是实体世界向概念世界转换和在概念世界之间转换时的空间综合,因此要依靠2个模型——数字景观模型和制图模型。但在表示运动变化特征的动态地图里,则还有一个时间模型的问题。同样是在实体世界和概念世界进行变换时，时间比例尺和时间分辨率变化是2个主要的度量尺度。时间比例尺描述实际变化的时间长度与符号显示的发生时长的比例关系,在几秒钟内再现上百万年的地质构造的演变过程需要很小的时间比例尺,实时跟踪汽车行驶的动态电子地图其时间比例尺为1∶1。时间比例尺有值大于1的情形,如在10 s内显示2 s完成的爆炸在区域上的波及范围,时间比例尺为5∶1。时间分辨率是刻画时间变化详略程序的参量,是可以划分的最小时间长度单位。动态地图的问题主要包括:时间分辨率的重新划分以表现运动变化的详细过程或粗
略概况:随着时间比例尺和时间分辨率的变化,对变化过程进行选取,对变化过程重新分级或分类;依据一定模型简化变化过程的轨迹,舍弃变化的细节;由空间比例尺的改变重新定义时态特征,如在实时跟踪汽车行驶的电子地图上,当地图的空间比例尺变大时,两点间的图面距离变大,图面符号运动速度也要变大,才能保证电子地图的显示与实地同步。
虽然动态地图技术还不太完善，但随着计算机图形学、数据库、数字图像处理和多媒体技术等信息科学与技术的发展，动态地图技术也会得到快速的发展,我们相信动态地图将是未来地图制图学在地图可视化发面的主要研究对象。随着网络技术的进一步成熟,在动态地图技术上的研究与发展也会取得巨大的成就。
二、常用三维建模软件介绍
我国GIS经过三十多年的发展，理论和技术日趋成熟，在传统二维GIS已不能满足应用需求的情况下，三维GIS应运而生，并成为GIS的重要发展方向之一。上世纪八十年代末以来，空间信息三维可视化技术成为业界研究的热点并以惊人的速度迅速发展起来，首先是美国推出Google Earth、Skyline、EVS-PRO、surfer、ArcGIS Explorer等，我国也紧随推出了EV-Globe 、GeoGlobe、VRMap、IMAGIS、MapGIS-TDE等软件与国外软件竞争本土市场。三维GIS得到了各行业用户的认同，在城市规划、综合应急、军事仿真、虚拟旅游、智能交通、海洋资源管理、石油设施管理、无线通信基站选址、环保监测、地下管线等领域备受青睐。
1.Surfer
Surfer是具有插值功能的三维绘图软件，也是目前最难强大、灵活和简易等值线图和三维文体图形绘图软件。Surfer的菜单包括投影方式选择轴侧投影和透视投影、，隐藏线消除, 视角、视点、视面与线型选择，三维图基线绘制，图名及位置，轴线绘制，高度方白的缩放。通过线型选择可绘制、三个方向分别组合产生的鱼网图、梯状图和剖状图。
运用实例：
1、基于surfer7.0的黄河流域不同旱作类型区土壤水分动态变化的比较。利用surfer得到不同土壤层水分冬天变化图。
2、利用3D Surfer实现田间土壤信息的三维可视化。利用3D Sur fer 软件中的5种插值算法实现对规则网格数据和散乱数据的插值处理, 通过体成像功能来制作横向切片, 实现对土壤不同深度硝态氮数据的三维可视化。选择绘制
含量的切片图来直观、清晰地反映太原市清了0~ 200 cm土壤不同层面N
NO--
3
的空间变异性。
徐县粮蔬轮作灌溉区域田块土壤N
NO--
3
2.EVS-PRO
EVS-PRO是C-Tech家族中最受欢迎的产品囊括了EVS和MAS所有功能，同时还增加了高级网格模块、建模工具、输出选项、地质统计分析、动画分析、GIS功能等模块。随之增加的功能包括：高级动画输出、实时地形漫游、
高级地质结构建模交互式分析、4DIM & VRML II输出和ODBC数据库链接等等。
运用实例：
1、全国海岛海岸带三维可视化信息系统、中石油海外应急系统、中国石油中长期油气管网建设预测分析、宁波镇海环保三维影像浏览系统、遨游天府--四川省地理空间三维管理系统
2、基于EVS Pro的3D地质建模
以下为以该模块建立的地下污染物三维模型图：
3.Skyline
Skyline系列软件是基于GIS、RS、GPS和虚拟现实技术的三维可视化地理信息系统。能够利用数字正射影像、数字高程模型、矢量数据、3D模型和非空间属性数据等信息源，创建交互式的三维可视化场景；能够迅速创建、编辑、浏览、处理和分析广域范围的真实三维地表景观、建筑物景观等，并且支持大型数据库和实时信息通讯技术，从而满足国防军事、政府部门、企业用户对三维可视化和地理信息等的双重要求。
软件优点：
（1）产品线齐全，涵盖了三维场景的制作，网络发布，嵌入式二次开发整个流程；
（2）支持多种数据源的接入，其中包括WFS，WMS，GML，KML，Shp，SDE，Oracle，Excel以及3DMX，sketch up等，方便信息集成；
（3）通过流访问方式可集成海量的数据量，它可制作小到城市，大到全球的三维场景；
（4）飞行漫游运行流畅，具有良好的用户体验；
（5）支持在网页上嵌入三维场景，制作网络应用程序；
运用实例：1、中国数字海洋系统、公安部警卫基础工作信息系统、数字深圳三维平台、黄河可视化防汛预案管理系统、数字烟台三维城市规划信息系统等。
2、基于Skyline技术的油藏管理三维可视化应用研究。图3-1为油井分布与三维地层模拟图。
图3-1为油井分布与三维地层模拟图
4.MapGIS-TDE地上、地表、地下的三维空间数据模型
MAPGIS-TDE是中地公司在MAPGIS7.0 中推出的一套支持真三维数据处
理及3DGIS 应用项目二次开发平台。采用三维空间数据模型、构模算法、三维可视化技术及框架加插件的软件体系结构，具备集成管理地上、地表、地下的三维空间模型的能力，并提供多种模型建立、管理及显示的工具及接口。
软件特点：MAPGIS-TDE在提供一般三维空间数据模型及其管理功能的基础上，平台允许针对特定应用领域动态扩展建模及其分析功能插件，以适应特定的三维应用。
运用实例：基于MapGIS-TDE的城市地下三维信息系统研究。针对城市地下三维信息系统，开发了三维建模插件和三维分析插件，并给出了三维分析的实例。图4-1为实例运用图
图4-1实例运用图
5.VRMap
三维地理信息系统软件VRMap实现了VR和GIS技术的完美结合，可以根据卫星影像、航空影像、电子地图、高程数据、城市模型数据、虚拟效果数据生成虚拟地理场景；通过VRMap提供的二次开发包，可实现规划、国土、电信、交通、水利等各行业的专业分析。
软件特点：VRMap采用J2EE(JAVA)体系架构，快速、灵活构建基于Web的三维业务应用系统；同时VRMap提供城市级别的基于网络的海量精细场景，可快速建立三维应用。
运用实例：基于VRmap的露天煤矿采场三维成像原理。图5-1为模型运用图。
5-1 VRMap运用图
6.GeoGlobe
2006年4月武汉武大吉奥公司推出了网络环境下全球海量无缝空间数据组织、管理与可视化软件GeoGlobe，该软件是由武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室研发的。GeoGlobe包括三部分：GeoGlobeServer、GeoGlobeBuilder 和GeoGlobeViewer。GeoGlobeServer通过分布式空间数据引擎，管理所有注册的空间数据，并提供实时多源空间数据的服务功能。GeoGlobeBuilder实现对海量影像数据、地形数据和三维城市模型数据的高效多级多层组织，为实现全球无级连续可视化提供数据基础。GeoGlobeViewer则装在客户端，通过网络获取服务器端数据，三维实时显示、查询、分析。GeoGlobe软件提供了的二次开发功能，用户可以根据应用的需要自行设计界面，调用所提供的动态库进行二次开发，应用十分方便。
软件特点：GeoGlobe具有和World Wind相似的功能，加入了实时三维量测等功能。能同时处理多种来源的数据，包括三维地形图、航拍影像图、三维模型，矢量数据，是Google Earth所没有的。GeoGlobe2.0提供了海量4D数据（DEM、DOM、DLG、DRG）、地名数据、三维模型数据的完整解决方案。
7.IMAGIS
IMAGIS三维可视地理信息系统是一套以数字正射影像（DOM）、数字地面模型（DEM）、数字线划图（DLG）和数字栅格图（DRG）作为处理对象的GIS 系统。结合了三维可视化技术与虚拟现实技术，完全再现管理环境下的真实情况，把所有管理对象都置于一个真实的三维世界中，真正做到了管理意义上的“所见即所得”。
软件特点：IMAGIS在数据管理上采用了矢量数据和栅格数据混合管理的数据结构，二者可以相互独立存在，同时，栅格数据也可以作为矢量数据的属性，以适应不同情况下的要求。
运用实例：数字延吉城市地理信息共享平台、苏州市基础地理信息共享平台、青岛市南区空间信息服务平台及应用、秦皇岛城市管理局。
8.Creatar --真三维地学信息系统
Creatar 1.0三维地学信息系统是超维创想公司基于北京大学科研实力进行技术创新，自主研发的新一代真三维地学信息系统系列软件。该软件是我国第一个参加科技部软件测评的真三维地学信息系统软件。
软件特点：完善的三维空间信息基础服务、开放的系统平台、多应用模式支持。
应用实例：城市地质、岩土工程、环境地质、矿产资源勘查等众多地学相关领域。图8-1为等值面与等值体一体化显示演示图；图8-2为属性模型俯视图
图8-1等值面与等值体一体化显示演示图
图8-2属性模型俯视图
结语：这些3D GIS软件在三维数据的可视化方面都各有所长，相比二维GIS 软件来说，其三维建模、三维操作与三维分析方面的功能还都很弱；而三维目标重建、大规模三维模型数据的表示与导航、数据编辑与组织则仍然是其瓶颈。尽管象二维GIS一样三维GIS软件在各个领域都有广泛的应用价值和潜力，但由于技术发展的不均衡性，至今其主要应用还限于城市与区域规划、军事仿真与教育等少数传统与GIS和虚拟现实技术联系比较紧密的专业领域，并且大多限定
在视觉表现的应用范畴。实际上，相比于二维GIS，由于三维GIS具有多维信息处理、表达和分析的特点，在城市应急反应、虚拟旅游、智能交通、城市规划与设计、电子商务与小区管理、无线通信基站选址、城市微气候和大气污染模拟、噪声分析、地质与地下管线等十分广阔的领域，特别是在空间信息的社会化服务中，基于三维GIS的应用都有着越来越明显的优越性和不可替代性。总之，三维GIS技术从软件到硬件、从多源数据获取技术到数据库一体化管理技术、多维数据的集成应用与动态可视化技术等已得到较全面的研究和实践，并在商品化过程中取得了重要的进展，有关成果被应用于众多领域的实际工程。尤其在三维数据获取和海量数据动态可视化方面具有鲜明特色，呈现出良好的发展前景。当然，这些研究实践在基于三维空间数据的复杂分析与决策支持方面的能力还较弱，三维GIS的网络化与标准化等问题也有待进一步深化和完善。
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浅谈三维建模技术的研究与应用 兰文涛 新疆油田公司风城油田作业区 摘要：以应用为主的三维地理信息系统模型，通过Skyline TerraExplorer Pro和3ds Max模型制作，并发布应用到GIS,从而推进了GIS应用，实现了油田设施在计算机中的展示、研究与管理步伐，加快了数字油田建设，并促进了克拉玛依标志性建筑三维模型的早日完成。 关键词：3ds Max；Skyline TerraExplorer Pro；建模；GIS；应用 1.1 前言 2000年，中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司（以下简称油田公司）在“数字地球”技术背景下，提出了数字新疆油田的宏伟战略，并制定了“数字新疆油田”信息建设“三个阶段”的战略部署。不仅将从根本上建立从分散到集中，从无序到有序的信息化建设新秩序，而且标志着“数字新疆油田”规模化建设的开始。 但是“数字油田”是一个庞大，复杂的工程，涉及的内容之多，之广，它涉及数据建设，信息系统建设，网络工程建设等，其中信息系统的建设，是由二维地理信息来表示的。二维 GIS始于二十世纪六十年代的机助制图，今天已深入到社会的各行各业中，如土地管理、电力、电信、城市管网、水利、消防、交通以及城市规划等。但二维GIS存在着自身难以克服的缺限，本质上是基于抽象符号的系统，不能给人以自然界的本原感受。随着应用的深入，第三维的高程信息显得越来越重要。一些二维GIS 和图象处理系统现已能处理高程信息，但它们并未将高程变量作为独立的变量来处理，只将其作为附属的属性变量对待，能够表达出表面起伏的地形，但地形下面的信息却不具有，因此它们在国际国内也被俗称为2.5维的系统。考虑到2.5维这一概念并不严密，作者称之为“地形面三维”或简称面三维。我们认为，面三维的GIS本质上仍然是二维GIS系统。 二维GIS只能处理平面X、Y轴向上的信息，不能处理铅垂方向Z轴上的信息。它在表达上通常是将Z值投影到二维平面上进行处理，因此对于同一（x, y）位置的多个Z值不能表达。 世界的本原是处在三维空间中的，二维GIS将现实世界简化为平面上二维投影的概念模型注定了它在描述三维空间现象上的无能为力，克服这一缺陷迫切需要真正的基于三维空间的GIS的问世。三维地理信息系统就是在这一前提下进行的开发，它充分体现了三维建模技术，对三维物体进行了真实再现，从而满足生产、科研、管理、决策等对空间信息的可视化需求。 2.1 三维地理信息系统的定义与特点 2.1.1 三维地理信息系统的定义 三维地理信息系统（Geographical Information System）简称三维GIS，三维GIS是近年来迅速发展起来的一门融计算机图形学和数据库技术于一体的新型空间信息技术,它把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机地结合起来,满足用户对空间信息管理的要求 ,并借助其特有的空间分析功能和可视化表达,进行各种辅助决策。从而满足了生产、科研、管理、决策等对空间信息的可视化需求。 从不同的角度出发，GIS有三种定义：①基于工具箱的定义：认为GIS是一个从现实世界采集、存
城市地下空间规划设计 总复习知识点 1.城市的形成与发展 本章首先通过国内外城市发展过程所表现出来的城市空间发展规律，介绍了全世界城市经过四个阶段实现了城市化，丰富和发展着城市规划理论和城市功能。 城市的发展过程实质是一个城市化过程。全世界城市化的过程中按照发展方式的不同划分为四个阶段。城市初期吸纳劳动力的聚集效应，使城市容量外延扩大，完成城市化的第一阶段。城市通过再开发市中心，内涵式扩展完成了城市化第二阶段。城市郊区化和再城市化发展了，外延式和内涵式并存过程完成了城市化第三阶段。目前的泛城市化现象，使世界进入城市化过程的第四阶段。 全世界城市发展过程都面临“城市化病”现象。但是不同的发展历史呈现不同的现状。发达国家的城市化面临逆城市化现象，表现为城市郊区化和泛城市化。发展中国家面临的是滞后城市化和超前城市化。前者表现为城市人口负增长和出现城市群；后者表现为城市工业化程度与城市化水平不协调。 工业化是城市化的发展动力；聚集效应和规模效益是城市化的关键；现代化的技术、信息及环境要求带动其他城市的发展。 城市容量又称城市空间容量或城市环境容量，是指城市空间在一定时间内，对城市人口、静态物质（建筑物和各种城市设施）和各种城市活动的综合容纳能力。理论容量是一个城市在一定发展阶段，根据城市性质、自然条件和经济地位、发展远景等因素综合确定的。实际容量是一个城市某个阶段实际存在的城市空间容量。城市容量包括人口容量，一般以人口密度衡量；土地容量，表现为各种用地指标。城市容量的计算方法。 理论容量与实际容量间的关系：理论容量大于实际容量，城市发展不充分、有发展潜力或空间。理论容量等于实际容量，城市处于发挥其机能的最佳状态，具有良好的发展活力。理论容量小于实际容量，城市出现恶性膨胀，城市病出现。 城市规划要解决城市的四大功能布局和协调：居住、工作、游憩、交通。城市规划的期限：总体规划期限一般为20年，近期规划期限一般为5-10年。 城市人口规模是城市规划中的重要基数。城市人口规模的预测方法有产值推算法（劳动平衡法），职工带眷系数法，统计分析递推法，数理统计法，城市性质类比法。一般都要以一种方法为主，其他方法辅助校核，再根据城市环境、最佳经济效益规模决定。 城市空间结构是指城市各物质要素在某一时段的空间分布效应、外在形态和演化过程。城市空间结构层次上分为内部空间（城市各功能区）、外部空间（卫星城、郊区、飞地）、群体空间（城市间、城乡间）。城市空间结构内涵用密度、布局和形态评价。 城市密度表现城市内部不同地段土地利用的强度，反映城市不同地段经济活动聚集程
AutoCAD根据二维图画三维图的思路和方法 用Auto CAD进行二维绘图，对具有机械制图基础的人来说，一般都比较容易掌握。但对三维建模，特别是自学者，却总觉得不知从何下手。有鉴于此，特撰本教程，以冀对初学者有所帮助。 本教程旨在介绍由三视图绘制三维实体图时，整个建模过程的步骤和方法。 一、分析三视图，确定主体建模的坐标平面 在拿到一个三视图后，首先要作的是分析零件的主体部分，或大多数形体的形状特征图是在哪个视图中。从而确定画三维图的第一步――选择画三维图的第一个坐标面。这一点很重要，初学者往往不作任何分析，一律用默认的俯视图平面作为建模的第一个绘图平面，结果将在后续建模中造成混乱。 看下面几例：图1
图1 此零件主要部分为几个轴线平行的通孔圆柱，其形状特征为圆，特征视图明显都在主视图中，因此，画三维图的第一步，必须在视图管理器中选择主视图，即在主视图下画出三视图中所画主视图的全部图线。
图2 此零件的特征图：上下底板－四边形及其中的圆孔，主体－圆筒及肋板等，都在俯视图，故应在俯视图下画出三视图中的俯视图。 图3是用三维图模画三维图，很明显，其主要结构的形状特征――圆是在俯视方向，故应首先在俯视图下作图。
图3 二、构型处理，尽量在一个方向完成基本建模操作 确定了绘图的坐标平面后，接下来就是在此平面上绘制建模的基础图形了。必须指出，建模的基础图形并不是完全照抄三视图的图形，必须作构型处理。所谓构型，就是画出各形体在该坐标平面上能反映其实际形状，可供拉伸或放样、扫掠的实形图。 如图1所示零件，三个圆柱筒，按尺寸要求画出图4中所示6个绿色圆。与三个圆筒相切支撑的肋板，则用多段线画出图4中的红色图形。其它两块肋板，用多段线画出图中的两个黄色矩形。
三维可视化建模技术在地质勘查中的应用 摘要：根据地质勘查的数据特点，利用三维可视化建模技术。实现了以真三维模型来恢复地表以下地质体的结构、形态特征以及空间展布，能对其进行旋转、漫游、切片分析、虚拟钻探等操作，动态地研究其内部细节，了解目标对象与周围地质环境之间的关系，为地质信息的进一步定量分析、探索与利用提供了强有力的支持。 关键字：地质勘查三维可视化建模技术虚拟钻探 引言 在地质勘查工作中，地质工作者越来越迫切地希望建立一套完善的地质体三维可视化与分析系统，实现对地质体信息的三维可视化仿真，丰富地质勘查成果的表现形式，为地质信息的进一步定量分析、探索与利用提供强有力的支持。随着计算机软件和硬件的飞速发展，针对地质体的三维建模与可视化，综合运用三维仿真、数学地质、计算机图形学、虚拟现实、科学计算可视化、计算机软件开发等成熟的理论方法与技术，实现复杂地质条件下的三维地质建模。 二．三维地质建模数据来源与特点分析 在三维地质建模中，用来反映地质体特征的数据来源多种多样，包括地质勘探数据、地球物理勘探数据、地球化学勘探数据、工程地质数据等等。 由于地质原始数据的多源性、离散性和定性特征在很大程度上阻碍了三维地质建模研究的发展。因此，在三维地质建模工作中需要耦合多源信息，对场区地质构造进行分析、解译，将定性描述的数据定量化，尽量以数值型数据和图形数据来进行表达，将离散不确定的数据通过各种插值拟合的手段转化为连续确定的数据，为三维地质建模提供合适的数据源。 三．三维地质建模的难点与关键技术问题分析 通过对三维地质建模数据来源与特点的分析可知，建立一个客观准确的三维地质模型必须满足三个条件：足够多的原始地质采样数据、能够真实反映复杂地下空间关系的地质解译分析、合适的数据结构。就目前复杂地质体的三维建模主要面临的困难可归纳为以下3点： （1）原始地质数据获取艰难。地质体通常位于地表以下，人们无法直接全面地观察到地质体的各种特征，往往只能通过物探、化探等手段获得地质体的部分特征信息，并通过对这些信息的分析、解释、推断来获得地质体的基本信息。 （2）地下地质体及其空间关系极其复杂。地质条件和地质作用复杂多变，在其影响下，地层被切割成不连续的空间分布，岩体内复杂的岩性变化，以及地
CAD三维建模实例操作一-----创建阀盖零件的三维模型将下面给出的阀盖零件图经修改后，进行三维模型的创建。阀盖零件图如图1所示。 ●图形分析： 阀盖零件的外形由左边前端倒角30度的正六边体，右边四个角R=12mm的底座，中间有一个倒45度角和R=4mm连接左右两边。该零件的轴向为一系列孔组成。根据该零件的构造特征，其三维模型的创建操作可采用： （1）拉伸外轮廓及六边形； （2）旋转主视图中由孔组成的封闭图形； （3）运用旋转切除生成30度和45度、R4的两个封闭图形，生成外形上的倒角；（4）运用差集运算切除中间用旋转生成的阶梯轴（由孔组成的图形旋转而成），来创建该零件中间的阶梯孔，完成三维模型的创建。 如需室内设计学习指导请加QQ技术交流群：106962568 庆祝建群三周年之际，如今超级群大量收人！热烈欢迎大家！ ●零件图如图1所示。
图1 零件图 具体的操作步骤如下： 1．除了轮廓线图层不关闭，将其他所有图层关闭，并且可删除直径为65mm的圆形。然后，结果如图2所示。 图2 保留的图形 2．修改主视图。将主视图上多余的线条修剪，如图3所示。 3．将闭合的图形生成面域。单击“绘图”工具条上的“面域”按钮，框选所有的视 图后，按回车键，命令行提示：已创建8个面域。
4．旋转左视图。单击“视图”工具条上的“主视”按钮，系统自动将图形在“主视平面”中显示。注意：此时，显示的水平线，如图4 a）所示。输入“RO”（旋转）命令，按回车键，再选择右边的水平线（即左视图）的中间点，输入旋转角度值90，按回车键，完成左视图的旋转如图4 b）所示。在轴测图中看到旋转后的图形如图4 c）所示。 图4 a）旋转前图4 b）放置后 提示：图中的红色中心线是绘制的， 用该线表明二视图的中心是在一条 水平线上。 图4 c）轴测视图 5．移动视图将两视图重合的操作如下： ①单击“视图”工具条上的“俯视”按钮，系统自动将图形转换至俯视图中，如图5所示。 图5 俯视图显示图6 标注尺寸 ②单击“标注”菜单，选择“线性”标注，标注出二图间的水平距离，如图6所示。标注尺寸的目的是便于将图形水平移动进行重合。
第31卷 第5期 岩 土 工 程 学 报 Vol.31 No.5 2009年 5月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering May 2009 3D GIS在城市地下空间规划中的应用 丛威青1，潘 懋1，庄莉莉2 （1.北京大学地球与空间科学学院，北京 100871；2.天津大学建筑学院，天津 300072） 摘 要：我国城市地下空间开发迅猛发展，由于地下空间利用具有难恢复、难预算等特点，地下空间规划日益受到重视。但是传统二维规划技术很难用以描述地下复杂地质环境等三维空间信息，而三维GIS技术可以较好地解决这一问题。在分析城市地下空间规划内容的基础上，对三维GIS技术及其在地下空间规划中可发挥的作用加以阐述，提出了基于三维GIS的地下空间规划三维辅助信息系统总体设计，重点探讨其体系结构和子系统集成方案。 关键词：三维；GIS；地下空间；城市规划 中图分类号：TU473；TP391 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2009)05–0789–04 作者简介：丛威青(1980–)，男，山东日照人，博士，从事3D GIS及其应用方面的研究。E-mail: wqcong@https://www.doczj.com/doc/e69595252.html,。 Application of 3D GIS in urban underground space planning CONG Wei-qing1, PAN Mao1, ZHUANG Li-li2 (1. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China; 2. School of Architecture, Tianjin University, Tianjin 300072, China) Abstract: The urban underground space has rapidly developed. Because of the difficult recovery and estimation, the underground space planning has received increasing attention. However, the traditional 2D planning techniques are difficult to describe the complex underground geological and environmental information. 3D GIS technology provides a better method to solve this issue. Based on the analysis of urban underground space planning, the three-dimensional GIS technology and its conceivable role in the underground space planning are analyzed. A design of 3D supporting information system is put forward for the underground space planning, focusing on its architecture and subsystems integrated solutions. Key words: 3D; GIS; underground space; urban planning 0 引 言 自1863年伦敦首条地铁开通以来，世界各国地下空间开发获得了迅猛发展。特别是1950年以后，以美国、加拿大、日本、法国等发达国家为代表，已经形成较为完善的地下空间开发体系和地上、地下一体化规划理念[1]。我国现代地下空间的开发利用在改革开放后逐渐进入快车道。北京地下空间建成面积已在3000万m2以上，平均每年增加建筑面积约300万m2，占总建筑面积的10%左右[2]。此外，上海、南京、天津、深圳、青岛等城市都在大力拓展城市地下空间。 由于地下空间开发具有难恢复、难预算等特点，如果希望地下空间资源在城市发展中发挥最大的长期效益，就必须对地下空间资源进行有效规划。然而，不管是地下空间总体规划还是详细规划，都需要在提供文字说明的同时，形成辅助说明图件，如地下空间资源评估图、地下空间开发利用现状图、地下空间开发利用总体布局与结构规划图、地下工程系统规划图等，传统的规划技术主要关注于研究区域的二维表达，这对于地表规划已经足够了，但是地下地质环境极大地影响着可建造设施的类型、规模和费用，直接决定了地下构建筑物建设状况，这就需要一种更为有效的方式来描述地下三维复杂地质环境，三维GIS（3D GIS）技术为解决这一问题提供了可能。 1 3D GIS技术 经过几十年的发展，二维GIS已深入到社会的各行各业，但其存在着自身难以克服的缺陷，虽然一些二维GIS和图象处理系统也能处理第三维的高程信息（2.5维GIS），但并未将高程变量作为独立的变量加以处理，只将其作为附属变量，虽能表达地表的起伏，但对地下信息的描述能力十分有限[3]。3D GIS是布满整个三维空间的GIS，通过对人类从某点观察视觉效 ─────── 基金项目：中国博士后科学基金项目（2007042044）；“十一五”国家科技支撑计划重大项目子课题（2006BAC04B01） 收稿日期：2008–03–17
三维地质自动建模与可视化 北京国遥新天地信息技术有限公司遥感应用第一事业部柳蛟 （转载请注明出处和作者，侵权必究） 一、前言 1.1项目背景 数字城市建设方兴未艾。现在的数字城市建设正处于基础建设阶段，为完成该阶段的任务，必须采集包括地上、地表和地下等部分的三维数据，并实现其可视化。同时，各城市因其所处地质带的不同而不同程度地受到地震、地面沉降、滑坡、岩溶塌陷等地质灾害的影响。为此，一些城市正在进行有关地质灾害的预警和防治工作。其他很多领域，如城建工程、地下工程、水电工程、交通工程、环境工程、资源开发等都贯穿有地质问题。上述工作的开展和问题的解决迫切需要借助三维可视化技术对地质数据进行可视化，从而为相关工作提供帮助。因而，三维城市地质信息可视化受到很多学者和相关工作者的重视。 基于目前地下管网和地下建构筑物信息的基础，增加地质数据的收集整理，并进行直观的可视化三维建模分析，可更好的为地下工程建设，城市规划等问题提供决策信息支持，使地下空间信息管理单位对相关数据进行有效的管理。 基于现有地质数据采集、处理的成果，结合EV-Globe大型三维地理信息平台，从三维地质数据结构、三维地质钻孔数据展示、三维地质自动建模、三维城市地质信息可视化系统的功能设计等方面对三维城市地质信息可视化进行研究和应用。 1.2历史回顾 2002年开始，当时在海外工作的朱焕春博士和李浩博士试图将他们所应用的一些地质体三维可视化技术推广到国内，即便是在发达国家，当时这项技术也才刚刚开始应用。但是，因为这些国家已经具备了调研和开发过程的积累，以及技术市场商业化体制的优势，推广过程相对很快，到2005年，大部分已经全部采用三维可视化资料，包括地质体几何形态、测试资料、监测数据等全部打包在一个三维计算机图形和信息系统中，电子化和图形化为专业
山西省基础研究计划 项目申报书 项目类别: □自然科学基金□青年科技研究基金项目名称: 三维数字化综采仿真平台 项目申报单位：（盖章） 项目组织单位：（盖章） 申请人： 填报日期： 山西省科学技术厅制
基本信息 项目基本信息项目名称 研究属性 A基础研究 B使用基础研究 指南领域 所属国家或省级重点学科名称 所属国家或省级重点实验室名称 报审学科 学科1 代码1 学科2 代码2 起止年限年月- 年月申请经费 申请者信息姓名性别民族出生年月年月学历学位身份证号码 毕业校名专业 毕业年份学术职务行政职务 通讯地址曾在何国留学或进修 技术职称现主要研究领域 联系电话手机E-mail 申请者所在博士点或硕士点名称 申报单位信息名称单位属性 通讯地址邮编法人代表电话法人代码 联系人电话传真E-mail 开户银行帐号 合作单位1．2．
摘要项目研究内容和意义简介（限400字内） 是针对现代化煤矿开采建立起来的数字化仿真平台，适用于综采的生产作业仿真。为煤矿管理人员提供了可靠的决策支持。实现了矿区布局展示、矿区内部地质构造展示、模拟矿井开采、开采过程实时仿真、机械设备作业实时仿真、安全预警、危险源分析等功能。 在山西整合煤矿大规模开工建设的推动下，煤炭行业固定资产投资增速将从2010年低点20%回升至2011年25%以上，拉动煤机设备行业超预期增长。 机械化率提升空间很大。2015年我国煤炭行业机械化率的目标为75%，相比2010年将提升20%，且不排除机械化率超预期的可能。十二五期间，煤炭机械化开采量CAGR达到12.8%，远超原煤产量CAGR的5.8%，对煤机设备需求形成重要支撑。 而在整个综合采煤过程中每个设备无法实时和准确的表达采煤现实场景，在以往的设计过程中，绝大部分煤机设备都采用二维平面设计，这样容易使产品结构等信息表达有误，不能及时反映采煤面实际采煤状态，同时，由于没有相关联的产品三维装配模型可供分析，给干涉分析及空间设计带来困难。而后续所有的分析，动态仿真等方面都是以三维实体模型为基础，另外还实现了动态交互的设计的设计功能，实现煤机设备的三维可视化和虚拟现实进而提高对采煤设备和实际工况分析，具有很大的实用性于必要性。 关键词（用分号分开，最多4个）山西整合煤矿虚拟现实三维可视化
地下空间的三维地籍确认 刘 敏 (广州市城市规划勘测设计研究院,广东广州510060) 摘 要:随着地下空间的开发,迫切需要利用三维地籍对地下空间进行数据管理和空间确权。介绍三维地籍的概念和特点,简述了地下空间利用中的立法薄弱和地下空间与三维地籍之间的关系;并指出现有的三维地籍所存在的问题。 关键词:地下空间;三维地籍;3D GIS 中图分类号:P285123 文献标识码:A 文章编号:1004—5716(2007)07—0208—03 1 开展此项研究的意义和背景 全面建立地籍信息系统,是实现城市现代化管理的必备条件。而地下空间地籍信息系统,由于其特殊性,它的建立相对于其它地上系统又更加具有现势性和紧迫性。城市地下空间信息包括地层结构、市政管线及地下建构筑物,是一切城市规划建设的基础,尤其是当地下建筑越来越多,位置要求越来越精确,地下空间信息是否完备准确,对于规划、设计、施工都至关重要。地下空间信息散布于不同的部门。目前对地下管线基础信息的掌握,大多以基础图纸和资料为主,并保存在各自的档案室或资料室。在已开发的地下管线信息系统,相互间也是独立无关的。地下空间资料不全、查询不便、更新速度慢,造成信息与现状不符。地下信息分类存放,很难以直观的形式表达地下空间的综合状况,这同样不能满足规划、管理和施工的需求,难以对现有的信息进行深层次的综合统计和分析,不能给城市建设的决策部门提供全面的决策信息。 建立全面、系统、准确地反映地下空间分布现状、运行状态、相关关系的基本信息系统,以及经整合后能综合显示这些基本信息的地下综合信息系统,以满足各种机构、各种应用、各种事件处置的要求。建立一个统一的、整合的地下信息平台,信息共享就不是一个难解的题。 地下空间信息的多样性、复杂性使得虚拟技术的易理解的优势更为明显突出,使得3D地籍运用于地下空间信息更为迫切与重要。提出以现有资料为基础,多手段综合勘查为补充,三维可视化技术为支撑,构筑城市地学信息管理与服务系统,为政府决策搭建基础平台。 确立地下空间的合法使用权,为避免地下空间开发和城市建设脱节,影响城市建设与地下空间的综合利用和发展,造成地下空间的浪费,减少地下空间使用权的纠纷,尽快掌握地下空间基础数据,建立三维的地下地籍管理系统是作为城市地下空间开发利用中重要一环。2 3D GIS及3D地籍概况和特点 3D地籍测量是3D GIS的重要组成部分和重要发展方向。3D GIS技术的发展为3D地籍测量概念的提出奠定了基础。 (5)开展外交活动。 7 不可忽视的最后一个环节———递送投标书 在投递投标书之前,应详细检查投标书内容是否完备。要重视印刷装帧质量,使工程业主或采购代理能从投标书的外观和内容上感觉到投标人工作认真、作风严谨。递送方式可以邮寄或派专人送达。后者比较好,可以灵活掌握时间,例如在开标前1h送达,使投标人根据情况,临时改变投标报价,掌握报价的主动权。邮寄投标文件时,一定要留出足够的时间,使之能在接受标书截止时间之前到达工程业主或招标代理的手中。对于迟到的投标书,业主或招标代理将原封不动退回投标人,这样的例子在实际工作中也是常见的。 总之,工程施工投标是一项系统而复杂的工作,往往有许多因素无法确定,要靠积累的经验去分析判断。所以,作为承包商要注意工程投标经验的积累,以取得工程投标的更大成功。 参考文献: [1] 中华人民共和国交通部公路司.公路工程国内招标文件范 本[S].北京:人民交通出版社,2003. [2] 李春亭,等.工程招投标与合同管理[M].北京:中国建筑工 业出版社,2004. 802 西部探矿工程 2007年第7期
收稿日期:2003-01-04 基金项目:国家973基金(G2000077906)资助;中科院知识创新项目(CX020019)资助. 作者简介:芮小平,博士研究生,研究方向为“网络三维地理信息系统”,E -mail :ruix p @yahoo .com .cn ;赵扬,硕士研究生,研究方向为组建式地理信息系统,E -mail :davyonn et @https://www.doczj.com/doc/e69595252.html,. 空间信息多维可视化技术综述 芮小平1,赵 扬3,杨崇俊2,张彦敏3 1 (北京交通大学交通运输学院,北京100044) 2(中国科学院 遥感应用研究所遥感科学重点实验室,北京100101) 3(中国矿业大学 (北京)资源开发工程系,北京100083) 摘 要:可视化技术的出现为分析和处理海量信息提供了新的手段.将空间信息多维可视化的实现方法分为基于2变量的多信息可视化、基于多变量的多维信息可视化和基于动画的多维信息可视化三类,并详细讨论了这三类方法的各 种实现算法. 关键词:可视化;空间;多维信息中图分类号:T P 391 文献标识码:A 文章编号:1000-1220(2004)09-1636-05 Survey on the Visualization of Multidimensional Spatial Information RU I Xia o-ping 1,ZHAO Ya ng 3,Y AM G Cho ng -jun 2,Z HAN G Ya n-min 3 1( School of Traff ic and Transportation ,Beijing Jiaoton g University ,Beijing 100044,China ) 2( The State Key Laboratory of Remote Sensing Information S ciences ,Institure of Remote Sensin g Applications , Ch ines e Acad my of Sciences ,Beijing 100101,Ch ina ) 3( Dep artmen t of Resou rce Develop ment En gineering ,China Un iverstiy of Mining & Technolog y Beijng ,Beijing 100083,China ) Abstract :T he v isualizatio n techno log ies give us new w ays to analy sis and pro cess massiv e infor matio n.This paper div ides visua lization technologies o f the multidimensional info rma tio n into th ree par ts :T ech niques ba sed o n 2-v ariate displays,multiva ria te visualization techniques,techniques based on anima tio n.The a utho r intr oduced kinds of v isuali zation alg o rithm s in this paper a nd these alg orithms indica te the resear ch sta te of visua liza tion o f spatial multidimensional infor matio n in recent y ea rs. Key words :v isualizatio n ;spa tial ;multidimensio nal info rma tion 1 引 言 科学计算可视化自20世纪80年代提出以来,迅速发展成为一个新兴的学科,其理论和技术对空间信息的表达和分析 产生了巨大的影响,这种影响可以归纳为两个方面:一方面,从技术层次来讲,可视化技术与GIS 技术的结合,促进了GIS 地学数据的图形表达;另一方面,从理论层次来讲,可视化不仅是通过计算机图形显示来表达数据,本质上是人们建立某种事物(或某人)在脑海中的意象,是人们对空间信息认知和交流的过程[1].可视化技术把人和机器以一种直觉而自然的方式统一起来,这无疑使人们在3维世界中,用以前不可想象的手段来获取信息和发挥自己的创造性.由于可视化技术在信息处理与分析方面具有不可比拟的优越性,它已经成为信息爆炸时代人们分析和驾驭信息的有力工具.与其它领域的信息相比,空间信息具有信息量大,情况复杂等特点,借助可视化技术可以帮助我们更加全面和准确的了解复杂的空间信 息并进一步分析空间变化规律. 多维性是空间现象的本质特征,同时也是虚拟G IS 管理空间信息一个的基本特点.空间多维信息的可视化为解释空间现象的本质提供了新的手段,它对复杂空间现象的理解起着越来越重要的作用.由于时间维和其它专题维的引入,使地球空间多维信息的表达方法体系得到了极大的提升,许多在传统可视化中不可想象的方法由于计算机图形学的发展变得可能. 2 多维信息可视化技术的分类 由于多维信息的复杂性,很难用简单的标准对现有多维信息可视化技术进行分类.本文根据可视化技术的目的、类型以及数据的维数,将多维信息可视化技术分为如下三类.2.1 基于2变量的多维可视化技术 这种方法由基本的2变量显示以及可同步观察这个2变 第25卷第9期 2004年9月 小型微型计算机系统M IN I -M I CRO SY ST EM S V o l.25No.9 Sep .2004
三维GIS技术在城市地下空间规划中的应用分析 发表时间：2016-11-11T10:35:43.757Z 来源：《低碳地产》2016年9月第17期作者：任若微[导读] 【摘要】文章从三维GIS技术，三维GIS基本功能，城市地下空间规划内容，三维 GIS在地下空间规划中的作用四方面来阐述。 中国一冶集团有限公司交通工程公司湖北武汉 430000 【摘要】文章从三维GIS技术，三维GIS基本功能，城市地下空间规划内容，三维 GIS在地下空间规划中的作用四方面来阐述。 【关键词】三维；GIS；地下空间；城市规划；应用 由于地下空间开发具有难恢复、难预算等特点，如果希望地下空间资源在城市发展中发挥最大的长期效益，就必须对地下空间资源进行有效规划。然而，不管是地下空间总体规划还是详细规划，都需要在提供文字说明的同时，形成辅助说明图件，如地下空间资源评估图、地下空间开发利用现状图、地下空间开发利用总体布局与结构规划图、地下工程系统规划图等，传统的规划技术主要关注于研究区域的二维表达，这对于地表规划已经足够了，但是地下地质环境极大地影响着可建造设施的类型、规模和费用，直接决定了地下构建筑物建设状况，这就需要一种更为有效的方式来描述地下三维复杂地质环境，三维GIS（3DGIS）技术为解决这一问题提供了可能。 一、三维GIS技术 经过几十年的发展, 二维GIS己深入到社会的各行各业, 但其存在着自身难以克服的缺陷, 虽然一些二维GIS和图象处理系统也能处理第三维的高程信息(2.5维GIS ), 但它们并未将高程变量作为独立的变量加以处理, 只将其作为附属变量, 虽能表达出地表的起伏, 但对地下信息的描述能力十分有限。而三维GIS 是布满整个三维空间的GIS, 其通过对人类从某点观察视觉效果的模仿, 使三维对象更具真实感, 较好的弥补了二维GIS的不足。在三维应用要求较为强烈的采矿、地质、岩土等领域, 已率先形成了具有部分三维GIS功能的专用三维GIS, 如法国的GOCAD软件、加拿大LYNX 软件等。但是, 迄今为止, 国内外还没有一个成熟完整的三维GIS 系统, 相关系统大多集中在三维可视化方面, 缺乏对各对象间关系的表达, 管理大批量三维空间对象和空间分析的能力都比较弱。 二、三维GIS基本功能 由于三维GIS尚处于研究阶段, 不同学者对其不同领域三维GIS功能的理解 也不甚相同。由于地下空间规划主要以地学对象为研究载体, 所以笔者主要对地学方面三维GIS 的基本功能加以总结, 主要包括以下几个方面: (l) 三维数据管理: 主要包括三维数据录入、与其他系统数据的转换、数据基本分析、三维坐标转换、入库数据的有效整合和查询等。 (2) 三维对象管理: 基于三维数据的三维对象建模、三维对象模型可视化选择与查询、三维对象变化（平移、旋转等) 。 (3)三维空间分析: 三维布尔操作 (交、并、差、切割断面、开挖等)、三维计算计算体积、表面积、距离、方向等)。 三、城市地下空间规划内容 目前, 国家正在加速推进城市地下空间资源开发利用规划的技术标准建设与编制研究。与传统城市规划类似, 也可将地下空间规划分为总体规划和详细规划两个阶段。在地下空间总体规划阶段, 需对地下空间需求情况进行总体预测, 并对功能使用及规模进行分析, 开展地下空间立体布局设计, 统筹安排各类专业设施中长期分布等。而在详细规划价段, 需基于总体规划内容进一步明确各类地下工程建设的技术指标、相互间关系及整合要求, 对地下工程建设的经济状况进行分析, 提出切实可行的工程实施措施等。需要指出的是不管是地下空间总体规划还是详细规划, 都需要在提供文字说明的同时, 形成辅助说明图件, 如地下空间资源评估图、地下空间开发利用现状图、地下空间开发利用总体布局与结构规划图、地下工程系统规划图等。但是, 传统的规划技术主要关注研究区域的二维表达, 这对于地表规划己经足够了, 而地下地质环境极大地影响着可建造设施的类型、规模和费用, 直接决定了地下构建筑物建设状况, 这就需要一种更为有效的方式来描述地下三维复杂地质环境, 而三维GIS技术为解决这一问题提供了可能。 四、三维 GIS在地下空间规划中的作用 由于三维GIS 技术可以对地质、构建筑物等地下空间对象进行直观、形象地描述, 所以其可应用于地下空间规划设计的各个阶段。通过多种三维建模方法的使用, 可以方便地建立各类规划对象的三维模型, 并可对地下工程设施的位置、规模、埋深以及构建筑物与已有地下设施的连接方式进行调整修改, 从而较好地辅助地下空间规划方案设计, 提高规划设计的速度和质量。地下工程建设一般都在城区范围内, 在其施工过程中常常会引起周边地层产生位移、变形、沉降、塌陷等环境地质效应, 从而威胁到周围地面建筑物及基础、前期人防等其他地下构建筑物、地下管线等各种地下设施以及道路路基、路面等。因此, 地下空间规划时需对城市地下建设工程的环境地质效应及其影响进行科学的分析预测。但是, 如地下工程引起的地层变形、地下水环境变异、洞室围岩失稳、地质生态环境恶化等分析评价都需要各方面专业技术的支撑, 而这对于规划设计者和审批领导的要求是比较高的, 在短时间内很难完成此类分析。结合这类专业分析功能的三维GIS系统能为这类人员提供较客观认识该类问题的工具, 并且分析结果的三维展示形式易于说明和理解,从而在最大程度上避免地下工程造成的不良影响。此外, 三维GIS能较好的呈现出地下工程完成后工程与环境的协调情况, 方便评估工程的社会价值、经济价值和技术价值。同时, 依赖三维可视化和空间分析技术, 三维 GIS具有表达装饰、道具装置、情报、环境、文化等景观素材的能力, 可以较好地展现地下空间景观设计效果,帮助设计者准确把握人、空间、时间三者的相互关系。 城市地下空间开发需要科学合理的地下空间规划指导已经获得多数学者的认可，实际开发过程中却经常出现不按规划设计开发的情况，造成这种现象的原因有许多种，其中一个重要的原因在于缺乏真实感较好的三维规划方案设计，这一方面造成规划人员无法对地下地质环境进行较好的分析评价，另一方面增加了施工人员和审批领导对规划方案理解的难度由于3D GIS 尚处于研究阶段，还没有一个较为完善的3DGIS 平台，所以需要在进一步分析地下空间规划特点的基础上，结合城市规划理论、岩土工程理论、地下工程理论等对系统设计进行细化和逐步实现。相信在不久的将来，地下空间规划三维辅助信息系统会成为地下空间规划不可缺少的工具之一。 参考文献： [1]孙志涛.城市地下空间利用规划:进退两难[J].国际城市规划,2007,2(6):7-10. [2]范文莉.当代城市地下空间发展趋[J].从附属使用到城市地下、地上空间一体化[J].国际城市规划,2007,22(6):53-57. [3]侯学渊,柳昆.现代城市地下空间规划理论与运用[J].地下空间与工程学报,2005,(1):7-10.
《GIS三维建模与可视化》本科课程教学大纲 一、《GIS三维建模与可视化》课程说明 （一）课程代码：Q1320280 （二）课程英文名称：GIS 3D modeling and visualization （三）开课对象：地理信息科学专业 （四）课程性质和地位： 《GIS三维建模与可视化》是地理信息科学专业的专业选修课。空间信息的存储与管理一直是地理信息系统（GIS）的核心问题，而地理数据模型则是这个核心中的核心，本课程的教学就是以空间数据的模型与空间分析方法为基础，重点讲述基于空间数据结构的三维建模方法与实际应用。 （五）课程教学基本要求：本课程阐述了三维地理数据建模的理论、技术与实现方法，涉及三维数据结构、数据获取、空间建模、空间分析和可视化表达等多个方面，并以geodatabase为例介绍地理数据库的设计与实现。要课程主要集中表达以下几个问题：如何进行三维数据管理、三维空间数据的制作、三维空间表面表面的显示、对三维表面的坡度、坡向、可视域分析、三维可视化表达。 （六）教学内容、学时数、学分数及学时数具体分配 学时数：32学时 学分数：2学分 （七）教学方式 课堂讲授式、上机软件操作、案例演示与讨论。 （八）教学方法 以多媒体理论讲授式、软件操作并部分案例讨论结合为主要形式的课堂教学。 （九）考核方式和成绩记载说明
1.考核要求：考试课 2.考核方式：卷面考试+软件操作相结合 3.考试成绩：严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占15%，期中成绩占15%，期末成绩占70%。 二、讲授大纲与各章的基本要求 第1章绪论 教学要点：通过图片、文字等多媒体的展示，让学生对GIS三维建模与可视化有一个初步的认识和了解，降低学生对本门课程的陌生感，并增加其学习的兴趣和热情。重点要求掌握地理信息科学的历史和发展现状，对前沿问题进行探讨和领会。 教学时数：4学时 教学内容： 第1章绪论 1.1 概述 1.2 三维GIS平台技术现状 1.2.1 平台体系架构 1.2.2 功能层次结构 1.3 三维GIS平台应用及发展趋势 1.3.1 应用现状 1.3.2 发展趋势 1.4 小结 教学重点和难点： 1.三维GIS平台技术现状 2.三维GIS平台应用及发展趋势 第2章三维GIS数据管理 教学要点：对三维空间及三维空间模型进行了解，并重点掌握三维空间数据的管理，进行相关案例、图片、视频等教学方式的展示，加深学生对抽象知识的了解。 教学时数：4学时 教学内容： 第2章三维GIS数据管理 2.1 三维空间数据模型
CAD 三维建模实例操作一-----创建阀盖零件的三维模型 将下面给出的阀盖零件图经修改后,进行三维模型的创建。阀盖零件图如图1所示。 ● 图形分析: 阀盖零件的外形由左边前端倒角30度的正六边体,右边四个角R=12mm 的底座,中间 有一个倒45度角与R=4mm 连接左右两边。该零件的轴向为一系列孔组成。根据该零件的构造特征,其三维模型的创建操作可采用: （1） 拉伸外轮廓及六边形; （2） 旋转主视图中由孔组成的封闭图形; （3） 运用旋转切除生成30度与45度、R4的两个封闭图形,生成外形上的倒角; （4） 运用差集运算切除中间用旋转生成的阶梯轴(由孔组成的图形旋转而成),来创建该零件中间的阶梯 孔,完成三维模型的创建。 ● 零件图如图1所示。 图1 零件图 ● 具体的操作步骤如下: 1.除了轮廓线图层不关闭,将其她所有图层关闭,并且可删除直径为65mm 的圆形。然后,结果如图2所示。 图2 保留的图形 2.修改主视图。 将主视图上多余的线条修剪,如图3所示。 该图形经旋转 切除生成外形 上的倒角。 图3 修改主视图 3.将闭合的图形生成面域。单击“绘图”工具条上的“面域” 按钮,框选所有的视图后,按回车键,命令行提示:已创建8个面域。 4.旋转左视图。 单击“视图”工具条上的“主视”按钮,系统自动将图形在“主视平面”中显示。注意:此时,显示的水平线,如图4 a)所示。输入“RO ”(旋转)命令,按回车键,再选择右边的水平线(即左视图)的中间点,输入旋转角度值 90,按回车键,完成左视图的旋转如图4 b)所示。在轴测图中瞧到旋转后的图形如图4 c)所示。 该图形放置切除后 生成阶梯孔造型。
1. 获取三维空间数据的主要方式。 （1）传统地面测量；（2）GPS测量；（3）雷达成像；（4）摄影测量技术：航天摄影测量、航空摄影测量、车载摄影测量、地面近景摄影测量；（5）激光扫描测量技术：机载激光扫描测量、车载激光扫描测量、地面激光扫描测量；（6）野外全站仪测量；（7）地图数字化：地图跟踪数字化、地图扫描数字化。 2. 城市三维建模的主要技术方式。 （1）基于DEM与影像的3D建模：将航空影像与DEM叠加生成城市建筑群的景观模型； （2）基于2DGIS的3D建模：以2DGIS数据为基础，用3D软件将其立体化为3D的城市模型；（3）基于激光扫描的3D建模：通过机载或车载激光扫描，获取建模物体的几何及纹理信息，并构建城市3D模型； （4）基于CAD的3D建模：采用“真3D数据模型”来构建城市建筑模型。 3. 城市三维建模的主要流程。 1.资料准备： （1）地形图； （2）正摄影像图（DOM），数字高程模型（DEM）； （3）建筑物的高度及顶部结构数据资料； （4）重点建筑的详细图纸； （5）各类管线的设计、规划、测量、竣工等图纸；
（6）测区的规划数据、图件、效果图等。 2.技术要求：一般根据国家相关城市建模的技术规范和标准。 3.照片分析：全方位分析外业采集的实景照片，判断和重构模型的细部结构，以能进行准确的景观定位和各地物种类的准确还原。 4.内业建模。 5.成果检查。 4. 列举三种以上适用于地形三维建模的方法并阐述其特点。 5. 城市三维建模中外业采集纹理的主要流程及内容。
1. 外业工作计划：在外出作业前，应先进行外业工作计划的编制，包括选定合适的时间，投入合理的人员设备，制定合理的外业采集流程，划定分区等。 （1）仪器准备：数码相机、电脑等。 （2）分区分组：①建筑物：根据项目要求在CAD中建立精细区域、标准区域、基础区域等图层，外业拍照前根据测区的精度分区要求分别将精细区域、标准区域、基础区域的范围线存放在对应的图层中。内业编号（电子数据）：对外业拍摄的建筑物照片进行编号记录，单体建筑或连体建筑编立一个号码，三个以上的连体建筑应分别编号。②地形：外业拍照前根据测区的精度分区要求分别将精细区域、标准区域、基础区域的范围线存放在对应图层中。 （3）记录约定：每一幢建筑物须有对应的拍照记录，记录方式应按照项目的设计要求进行，并做出标识。 （4）交接约定。 （5）路线设计：拍摄路线的设计一般先在内业根据测区的交通情况、建筑密度、现场驻点位置、人员分组等情况制定初步线路，再由作业员根据实际情况自行调整。 2. 外业底图准备： （1）资料整理：出外业前需要准备作业记录底图和表格等资料；（2）数据套合：把整理好的地形、影像、交通注记等数据转换成统一的坐标基准；（3）整饰处理：把整理过的底图根据项目要求等进行分幅和编号；④图表输出：打印外业底图。 3. 外业纹理采集：